SO3、炉渣与结垢的控制有助于改善加热率、提高效率及实现燃料灵活性－Santee Cooper，Cross Station的案例研究 Michael B Davis（PE）、William R. Toombs（Santee Cooper，南卡罗莱纳州Moncks Corner市SC 29461，邮政信箱2946101） 及 John Boyle（PhD）、George Hermanas、Howard Benisvy与Kent W. Schulz（Fuel Tech, Inc.（美国燃料技术公司），伊利诺伊州巴塔维亚市IL 60510，Kingsland Dr. 512号） 摘要 一种可用于控制SO3排放不透光性的综合处理方法具有非常好的效果，这已在Santee Cooper的Cross Station得到证实。该厂也存在炉渣和SCR被“爆米花状灰”阻塞的问题，SCR是为控制NOx而使用的。氢氧化镁能够中和SO3及相关的硫酸雾，这些都是引发不透光性问题的根源。除此之外，这种方法还能够减少炉渣沉积物和后端结垢，而这些都能促进SO2向SO3转化。通过采用这种方法，飞灰更易碎，而且更容易从表面清除。将这些结果融合在一起即可提高工厂的效率。因此，除了提供解决排放问题的解决方案之外，该方法还能够实现相当可观的经济效益。 Santee Cooper和Fuel Tech, Inc.在过去一年半的时间中密切合作，以验证畅通节能法?计划的效果。该计划包括显而易见的服务组件，以协助工厂评估效果和寻找解决问题的方法。到目前为止，结果证明：在解决与不透光性相关的问题的同时，投资回报率（ROI）已经超过4比1。 简介 法规因素和经济方面的考虑将继续推动工业界寻求更具成本效益的技术，从而在减少火力发电厂排放的同时，满足不断增长的电力需求。本文的重点是目前在Santee Cooper的Cross Station实施的化学处理计划的效果。该计划的基本目标是控制炉渣/结垢及缓解SO3。 尽管对于SO3的控制及因此导致的不透光性问题通常只会考虑后端处理计划，但是后端法忽视了几个能够增加炉内SO3生成量的主要因素。虽然通过在后端运用化学方法就有可能清除SO3，但是我们可以注意到：由于熔炉所燃烧的燃料中含有越来越多的炉渣，因此SO3含量是始终变化的。水冷壁、过热器后屏、再热器后屏及后端表面上的炉渣含量加大，因此导致SO3的生成量增加，同时保持良好燃烧用空气流速的难度加大。总而言之，清洁的熔炉能够达到更高的运转效率，并减少SO3的生成量。 作为Santee Cooper和Fuel Tech, Inc.共同努力的成果，本文旨在阐述针对不透光性问题而采用的前端解决方案的优点。畅通节能法?计划已被应用了超过一年半的时间，它在经营效益和燃料灵活性两方面都实现了可观的回报。通过如下事实的证明即可确定这一点，即：采用前端法能够降低SO2向SO3的转化率，同时在控制方面达到更高的一致性，从而减少SO3的形成。最终，在针对不透光性控制问题寻求环保解决方案的同时，Santee Cooper还实现了非常可观的节约。畅通节能法?技术改进了设备性能，并通过增强燃料的灵活性得到额外的节约，由此成功地实现了超过4比1的投资回报率（ROI）。 本文将对SO3的缓解、炉渣/结垢的控制、加热率的改善、锅炉效率的提高、灰特性的有利影响以及燃料的灵活性等方面予以阐述和分析。此外，本文还将阐述实现计划的目标而必需采用的核心技术以及检测SO3的试验方法。 计划的目标与背景 Santee Cooper的Cross Unit 1是一个600 MW的前后墙对冲燃烧式机组，它于1995年1月投入商业运营。Cross 1配有分级燃烧低NOx燃烧器。该设备从初次运营开始就一直存在形成“爆米花状灰”的问题。该设备还存在如下问题，即：在熔炉邻近燃烧器的区域，管道变薄，这是因为大气减少所导致的。这些与燃烧器喷口上方结渣、燃烧器失火、炉膛（负压）不稳定及空气加热器阻塞等都属于永久性问题。空气加热器阻塞是因爆米花状灰的形成而导致的。随后，1号设备在2003年通过加装SCR进行改造。因此，爆米花状灰还阻塞了SCR和防护网。SCR于2004年6月开始投入整年度使用。 Cross Unit 2是一个600 MW的四角切圆式机组，它于1983年投入商业运营。2号设备采用强耦合式燃尽风系统，并在2003年通过加装SCR进行改造。SCR于2004年投入整年度使用。从燃烧低熔融性煤开始，Cross 2就出现了炉渣增多及与性能有关的问题。 在2004年之前，1号和2号Cross Unit一直在燃用肯塔基东部的烟煤。大概在这个时候，Cross开始燃用来自一般供应区域之外的煤。鉴于供应问题，针对这种煤已签定合约。这种煤的BTU、硫及铁含量较高。Cross Station还有100%湿型FGD洗涤器，并向当地的水泥厂出售石膏。Cross还向水泥厂和预拌市场出售F类飞灰。 新煤在还原条件下的熔化温度介于2000-2100°F之间。相比之下，以前燃用的煤的相应熔化温度则为2300°F。该锅炉被设计用于燃烧含铁量等于0.56磅铁/106 BTU、在还原条件下的最低熔化温度等于2500°F（软化）的燃料。在基准线和处理期内，最显著的差别是：燃料的平均含铁量大约为1.0磅铁/106 BTU。 Cross 1在满负荷情况下的炉膛出口气体温度（FEGT）非常高，介于2300-2400°F之间。因该煤源变化而产生的主要后果是：过热器后屏上的炉渣生成量增加、燃烧器喷口结渣及水冷壁处形成炉渣。由于含铁量较高，因此底部的灰渣坚硬、致密。这使碎渣机发生过无数次事故，并导致碎渣机损坏。曾使用高压清洗，从而将炉渣破碎成易处理的碎片，这样即可将炉渣从锅炉的灰坑内清除。在许多情况下，不得不将炉渣倾倒在锅炉底部的平台上。 在水冷壁和后屏上形成的炉渣需要通过爆破才能予以清除。有时候，这会导致停炉工作的开始时间延迟24到36个小时。此外，大部分硬质飞灰继续残留，形成爆米花状灰，因此导致SCR阻塞和形成较高的压降。Santee Cooper依赖SCR的在线清洗，在SCR起动的数个星期内由合同人员穿戴“防火服”进行清洗。 在此期间，鉴于硫酸雾的排放，Cross 1和Cross 2还开始出现不透光性的问题。尽管SCR采用了当时可供选择的最低转化催化剂配方，但是在熔炉内还是出现了SO2到SO3的。转化，并因此产生可见的排放物。这个问题对于2号设备尤其严重。排放量似乎随着灰中含铁量的增大而增加。 针对1号设备，畅通节能法?（高活性氢氧化镁Mg（OH）2）技术评估设定了如下目标： ● 减少与SO3相关的不透光性问题； ● 减少爆米花状灰和SCR结垢； ● 显著减少与煤相关的炉渣及结垢问题； ● 提高燃料灵活性。 经过大约四个月之后，提前取得的成功加速了在2号设备上启用相同的计划。 畅通节能法? 技术 畅通节能法?工艺被设计为一个炉渣和结垢控制计划，它特别针对锅炉的辐射和对流区域。由于该技术针对熔炉的问题区域，而不是简单地将化学物质运用于燃料，因此采用该技术所达到的效果和成本效益都超过了相对不够完善的方法。最新的动态包括：将这种技术用于控制SO3的形成和由此产生的烟囱排放物不透光性较高的问题（因硫酸而导致）以及与这些情形相关的空气预热器结垢等。 化学处理剂与空气和水混和，然后被喷射到烟气之中。“标靶性”区域是依据计算流体动力学（CFD）确定的，由此在已知存在问题区域的情况下确保达到最大的覆盖率。化学制品被添加到烟气中，并针对传热问题区域或者对形成SO3的化学反应有利的区域。这样即可保证：被喷射的物质能够到达问题区域，并得到有效的利用。然后，添加剂在炉渣形成的时候与炉渣发生反应，并能够渗透已有的沉积物，从而影响它们的晶体物理特性。 计算流体动力学（CFD）模拟 畅通节能法?技术利用多个计算流体动力学（CFD）模型，这些模型基于可视化软件系统与相应的虚拟现实联系起来。先进的可视化技术使这些模拟方法变成现实，并真实反映熔炉运转的详细情况。喷射覆盖与剂量图被用于预测化学制品的去向，并确保标靶区域达到最有效的覆盖率。模拟的强大互动性使设计人员能够直观地识别问题，并对设计做出改进。而且，客户也可以参与可视化，并提供真实设备在过去几年中的输入数据或者数十年的历史资料。处理计划的设计及自定义喷射场景的拟定都是虚拟的，并经过评估。 喷射技术 喷射模拟采用特有的模型，它们能够评估反应剂在烟气内的分布。利用互动式喷射模型能够快速优化所需要的液滴滴下轨迹以及由此产生的渗透。然后，在CFD解决方案中采用一个精确的模型，从而准确地确定化学处理的分布。畅通节能法?喷射方法采用各种不同的喷射动态，由此对水冷壁、对流通道和大型熔炉实施处理，参见图1。 图1 美国燃料技术公司关于液滴滴下轨迹的可视化 可视化工具还可以被用于说明在熔炉内可能形成的炉渣及结垢。在这个例子中（图2），所创建的半透明红色等值面旨在显示可能达到的灰熔化温度2,150°F。它将清楚地向操作人员和设计人员显示炉渣和结垢最有可能在哪里首先形成。如果采用喷射化学制品的方法，则将得到一个独特、强大的工具，利用该工具即可对炉渣和结垢实施前所未有的控制。 图2 美国燃料技术公司关于温度面的可视化 化学反应剂 畅通节能法?反应剂是一种稳定的化学稀浆；由于它的表面面积相对较大，因此它具有很强的活性。在使用推荐的处理剂量时，活性越强，效果就越好；同时，由于它具有较高的稳定性，因此可以免除在使用不稳定的化合物时存在的许多操作与进料问题。 在被送达客户场所时，该化学反应剂表现为悬浮浆状，颗粒的粒径为5-8微米。根据CFD和喷射模型的结果，雾化与化学分配系统将在水冷壁、对流通道和熔炉气体等区域达到要求的反应剂覆盖率。 畅通节能法?工艺利用氢氧化镁来改变炉渣的特性，同时缓解SO3的形成。当浆状的氢氧化镁进入熔炉时，它将受到过热处理，并最终形成毫微米级的氧化镁（MgO）颗粒。这些非常微小的颗粒就像气体一样，它们能够与烟气一同行进。这不仅对于炉渣的控制是极其重要的，而且对于SO3的缓解也是至关重要的。 在被快速加热之后，反应剂的性能进一步增强，它迅速开始与已有的沉积物以及沉积物的形成机制（通过晶体形态学）产生相互作用，从而控制炉渣的聚积以及在下游侧的结垢。对炉渣实施的这种控制有助于减少SO3的形成。除此之外，通过酸碱中和反应，对气流进行的处理能够大量减少所形成的SO3。通过控制SO3，硫酸的浓度得以降低，同时烟囱排放物的不透光性问题和预热器结垢等都将得到缓解。 SO3形成的化学原理 硫氧化物（SOx）的形成取决于反应动力学、燃烧温度、燃料的含硫量、灰的成分及空气裕量。燃料中所含的大部分硫在燃烧区内被氧化成SO2。 SO2进一步被氧化成SO3则是通过如下三种机制实现的。 1、SO2在火焰中被氧原子氧化。 SO2 + O ? SO3 2、SO2被氧分子氧化。 SO2 + ? O2 ? SO3 3、通过氧分子实现催化氧化。 2SO2 + O2 催化剂 2SO3 其中第三种机制最重要，这是氧化铁和钒通过金属催化氧化产生的结果。在有炉渣或结垢的金属传热表面上的灰颗粒中或者在SCR催化剂中都可以发现这些金属。 后燃烧气体中的SO3将与这些气体中的水分发生反应，并在空气预热器（APH）中形成硫酸。 SO3 + H2O → H2SO4 硫酸在APH的低温金属表面或处于下流侧的设备上冷凝。冷凝的酸能够造成腐蚀性损坏或者直接为灰提供一个聚积场所，并最终导致APH阻塞，而这有可能引发代价高昂的被迫停炉。 如果设备配有基于氨或脲的NOx还原系统，则残余氨与SO3之间的相互作用将是一个决定系统性能的重要因素。对于所有此类系统而言，如果在APH处的SO3浓度较高，则这将限制有效的NOx还原。这是因为：在大约400°F的温度下，残余的NH3与SO3发生反应，并在APH中生成硫酸氢铵。 NH3 + SO3 + H2O → NH4HSO4 硫酸氢铵沉积物具有粘性，非常难以清除，而且还会加速腐蚀及导致严重的空气加热器结垢。 畅通节能法? SO3控制的化学原理 畅通节能法?反应剂的处理策略是通过如下两种途径控制SO3的形成，即：限制氧化的催化作用；提供一个清洁、高效、并且能够在过剩氧较少的情况下正常运转的熔炉。除此之外，畅通节能法?技术利用SO3收集装置，由此限制或消除硫酸在APH处侵蚀下游侧的影响。 氧化镁与SO3发生反应，并生成硫酸镁，如下所示： MgO + SO3 → MgSO4 另外，导致生成硫酸的相同环境也允许氢氧化镁和氧化镁与硫酸之间发生典型的酸碱反应。 Mg(OH)2 + H2SO4 → MgSO4·2(H2O) MgO + H2SO4 → MgSO4·H2O 实例研究：结果与观察 对于受到SO3排放物控制问题困扰的公用事业运营商来说，我们观察的几个现象似乎是具有共性的。其中一个较好的例子就是因硫酸排放而导致的不透光性。通常情况下，不透光性的问题在功率增大的时候更为明显。虽然这是一个具有共性的观察现象，但是潜在的机制、最适宜的控制策略以及最好的检测标准却不是容易找到的。尽管对空气加热器进行检查是非常准确的，但是它只是一种事后观察。在问题出现之前想出预防性解决方案才是更有意义的。 畅通节能法?技术针对如下所述的机制减少SO3和H2SO4： SO2 + O ? SO3 降低熔炉的温度能够达到提高传热效率的效果，从而延缓SO2向SO3的转化。 SO2 + ? O2 ? SO3 清洁的熔炉和对流通道能够减少过剩氧量。 2SO2 + O2 催化剂 2SO3 减少炉渣、结垢和含铁沉积物能够降低SO2的催化转化。 MgO + SO3 → MgSO4 氧化镁具有非常强的活性，能够直接与SO3和H2SO4结合形成硫酸镁。 当采用基于CFD模拟的畅通节能法?技术喷射高活性的氢氧化镁时，结果是非常显著的，但是并不一定是立竿见影的。对锅炉进行调整以及对SCR之后的酸性沉积物进行中和大约需要30天。调整锅炉的初始时间取决于SO3/H2SO4的浓度以及在组成部件和管道系统中发现的酸性沉积物的含量。对SO3进行缓解处理的其中一个目标是：确保对运营造成的影响最小化。畅通节能法?技术也是在时刻谨记该目标的前提下进行设计的。 SO3的检测 就该案例研究而言，我们采用经改良的受控冷凝法对2号设备进行SO3检测，从而得到锅炉内三个不同位置的SO3数据。我们分别在节热器出口、SCR出口和空气加热器出口得到基准数据和采用畅通节能法?处理之后的数据（参见图3）。我们可以观察到：SO3的浓度水平出现了显著的降低，各检测点处SO3的浓度降低分别为46%、66%和56%。 2号设备的SO3浓度（580 MW） SO3［ppm］ 基准线5.0磅/吨 节热器出口 SCR出口 空气加热器出口 图3 在较高负荷下的SO3浓度 在处理前与处理后的SO3检测值之间表现出显著、一致的差异，这说明：从节热器之前到经过整个空气预热器，畅通节能法?计划实现了SO3的缓解。在SCR出口和APH出口的位置之间，处理前与处理后的两种情况都表现出SO3的大幅降低，这反映了APH内的酸冷凝。在经过处理的烟气中，对不透光排放物有影响的SO3减少了66%。 在负荷降低到430 MW时，从所得到的数据也可以看到相同的结果（参见图4）。在SCR出口处，可以发现SO3减少了69%。 2号设备的SO3浓度（430 MW） SO3［ppm］ 基准线5.0磅/吨 图4 在430 MW下的SO3浓度 不透光性 与SO3相关的不透光性已得到控制。图5所示的两张照片分别为2号设备采用与不采用畅通节能法?处理的情形。事实上，无论燃料特性和含硫量如何，烟柱均已受到控制。总而言之，畅通节能法?计划对于SO3和H2SO4是非常有效的，它使设备保持清洁，同时改善炉渣和结垢控制。整个设备所产生的SO3减少。这样即可统一降低与SO3相关的不透光程度。 图5 在右侧的照片上，当采用畅通节能法?处理之后，不存在可见的不透光性问题，同时两个烟囱入口处的SO2浓度均达到2.9#/106 BTU 炉渣与结垢控制 在采用畅通节能法?处理计划之前，清除底部的灰及保持清洁的水冷壁是非常困难的。实际上，清除底部的灰需要定期高压喷射，以帮助除灰。碎渣机经常需要日常维修保养，而且克服因无法除灰而导致的性能问题也是非常困难的。如果将熔化温度降低到折焰角温度以下200-300°F，那么在水冷壁、过热器后屏、再热器及折焰角处都将聚集大量的炉渣。 在起动畅通节能法?之后，水冷壁的清洁度和底部灰的处理都有了极大的改善。通过烟灰吹除就能够比较容易地保持水冷壁、过热器后屏、再热器后屏和折焰角的清洁。 在设备的运转方面，第一个显著的改进是碎渣机。由于灰更易碎，因此清除底部的灰变得更加容易。碎渣机的维护保养要求从日常保养降低至常规保养。现在的灰易碎、轻质，而且更易于控制。图6中的图片（A和B）显示了炉渣的显著变化。未经处理的炉渣（如图6A所示）光滑、坚硬、致密。但是图6B中经过处理的炉渣样本具有显著的多孔性，而且致密性有所降低。 炉渣的形成已经得到控制。依靠定期的烟灰吹除即可有效清除炉渣，并保持设备的清洁。Cross Unit 2将在几个位置增加一些吹灰器，以对炉渣实施控制。这些区域目前还没有吹灰器。 图6A采用畅通节能法?处理之前的炉渣 图6B采用畅通节能法?处理之后的炉渣 对爆米花状灰的作用 如前所述，该设备从初始运转开始就存在爆米花状灰的问题。自从在2003年安装SCR之后，节热器的料斗和SCR就经常被爆米花状灰弄脏。为了除灰，节热器的料斗需要定期维护保养。在线清洗（涉及减小负荷）是一种常见的作法。在处理之前的停炉期，这两个方面均已得到改进，以帮助解决锅炉的性能问题。 ● 将节热器的出口滤网和SCR整流格栅更换为稍大的网目。 ● 对燃烧器进行改进，以改善一次空气的流速和燃烧。 2006年4月，当设备结束停炉再起动之后，燃烧器需要的几处调节花了几个月的时间才结束。最初的目标是首先提高煤粉细度，由此确保燃烧器的调节得以顺利进行。煤粉细度和燃烧器的问题在2006年10月之前得到改善。在2006年4月到2006年10月期间，曾经多次出现显著的降低情形，熔炉O2保持在1.0%或更低的水平，而折焰角的气体温度超过2450°F。从本文后面内容提供的数据可以看出：在该期间，燃料的典型变化仍然存在，熔化温度降低至2000-2100°F左右。 为了阐明畅通节能法?计划对爆米花状灰的生成所产生的作用，图7绘出了通过SCR反应器的压降图。在起动畅通节能法?处理之后，该压降不再增大。 在开始处理之前（从2005年4月到2006年4月），可以看出，在A和B侧的反应器（分别用蓝色和红色符号表示）上，压降经常增大。在开始处理之后，不再出现更多的压降尖峰。爆米花状灰已实现最小化。 由于提高了熔炉的清洁度，减小了切负荷及避免了SCR的清洗，因此设备的可用性和加热率立即得到改善。而且，在起动处理之后，与节热器料斗阻塞相关的所有问题也立即消失。 净MW与SCR的压降 净MW 基准线 TIFI畅通节能法?处理 压降（英寸水柱） 日期 净MW SCR“A”压降 SCR“B”压降 图7 SCR压降表明“爆米花状”灰消失 锅炉的效率与加热率：1号设备 通过畅通节能法?处理，设备的运转稳定性提高，熔炉的效率增大，净加热率得到改进。尽管其中的某些改进可能得益于燃烧器的改造和煤粉细度的调整，但是大部分数据都反映出：传热改进以及炉渣和结垢的显著降低均与畅通节能法?处理一致。 最引人注意的现象是：我们可以看出，与前一年度相比，在处理期间的最大负荷能力平均增长了44.5 MW（净值）。这是通过分析两年的每日最大负荷（基于每小时的平均值）而确定的。这个增大现象表明：熔炉内的传热效果和对流通道得到改善，而且通过下游侧设备的流动阻力减小。 因形成爆米花状灰及SCR在线清洗而造成的问题得到了缓解，由此通过避免频繁的负荷减小即可提高加热率。除此之外，不再需要经常切负荷（减小负荷，从而有助于清除炉渣和结垢的沉积物），而这将进一步影响净加热率。 您可以从下图中的数据看出：当燃料的特性持续发生变化时，锅炉的效率和加热率仍然继续提高。与此同时，灰的流动特性改善了碎渣机的运转，从而便于清除灰斗内的大块熔渣。 图8绘制了一个图表，以表明由工厂提供的在评估期内的设备效率和负荷。这些数据已被大致划分成为期两年的评估期。第一个评估期是从2005年4月16日到2006年4月15日，这代表无畅通节能法?处理的一整年运转。第二个评估期是从2006年4月16日到2007年4月15日，这代表采用畅通节能法?处理的运转。 在2006年的春季出现过一次停炉，在该期间实施了燃烧器改造，从而解决煤流和风箱操作的问题，同时还安装了畅通节能法?系统。设备经过清理，并在采用畅通节能法?处理的状况下恢复工作。此后立即实现了效率的适度增长。在最初的几个月内，要求实施燃烧器调节及煤粉细度调整。由于许多燃烧问题得到解决，因此熔炉的运转不稳定。大多数调节和燃烧优化均在2006年8月之前完成。 锅炉效率变化趋势 净MW 基准线 畅通节能法?处理燃烧器调节与煤粉细度调整 百分比% 日期 基准线－无处理 2005年4月16日到2006年3月12日 采用畅通节能法?处理 2006年4月16日到2007年4月15日 图8 1号设备的锅炉效率变化趋势 图9所示为在无处理和采用处理的试验期内设备效率数据的直接对比。蓝色的数据点代表无处理的运转，而红色的数据点则代表此后采用处理的运转。本图非常清楚地表明：在整个负荷范围内，锅炉的效率均得到提升。对于采用畅通节能法?处理的期间而言，所有数据的简单算术平均值表明：效率提高了0.51%。 仅采用解决燃烧问题之后（在燃烧器调节期间）的数据进行的类似计算表明：效率得到了更大幅度的增加，增幅达到0.65%。有某些情况下，在第二个评估期之后的四个月数据的平均值甚至达到了0.77%的总效率增长。 锅炉效率对比 百分比－% 净MW 2005年4月16日到2006年4月16日 2006年4月16日到2007年4月16日（采用处理） 图9 1号设备在采用畅通节能法?处理之后的锅炉效率提升 通过对比1号设备在无处理期与采用处理期内的净加热率（由工厂提供）也可得到相同的设备性能衡量结果，参见图10。同样，蓝色的数据点代表无处理的运转，而红色的数据点则代表此后采用处理的运转。 对于采用畅通节能法?处理的时期而言，在负荷范围内，平均净加热率提高了120 BTU/kW-hr。与基准线相比，在采用处理期间，即使是在燃料的平均热容量降低225 BTU/lb的情况下，平均净加热率同样有所提高。提升幅度大约为1.25%，这比锅炉效率单独提升的作用更大。 更清洁的熔炉和对流通道的传热表面通过高效、均衡的过热和再热作用改进了涡轮机的性能。实际上，在畅通节能法?处理期内，平均蒸汽调温喷雾出现显著降低。此外，由于炉渣减少及熔炉性能提升，随着烟气流动及烟气通道压降降低，对ID和FD风扇的寄生性需求减少。 净加热率对比 净MW 2005年4月16日到2006年4月16日 2006年4月16日到2007年4月16日（采用处理） 图10 1号设备净加热率的提升 空气加热器入口温度的变化趋势 锅炉的效率增长得益于节热器出口气体温度或者（在这种情况下）空气加热器入口气体温度的降低。如下变化趋势证明了在A和B空气加热器入口处的温度降低。 如图11所示，在研究期间的温度变化趋势表明：运转更高效、更稳定。设备在该期间的负荷表现出某种变化，但是这在基准线与处理时期之间是基本一致的。由于锅炉在2006年春季的停炉期内曾经被清理过，因此发现空气加热器的初始入口温度较低并不奇怪。 畅通节能法?处理效果最显著的表现在于：温度不会随着时间升高。熔炉、对流通道及回流通道的传热表面保持得比较清洁，而且能够继续有效地消散热量。此外，平均温度有所降低。 净发电量（MW）与每周AH入口平均气体温度 基准线 畅通节能法?处理 净MW 华氏度，F 日期 净MW输出 AH 1A入口平均气体温度 AH 1B入口平均气体温度 图11 空气加热器气体入口温度降低、并更加稳定 A侧与B侧空气加热器入口温度的分布图说明了在整个负荷范围内的效应，如图12所示。蓝色的数据点代表无处理的运转，而红色的数据点则代表此后采用处理的运转。 炉渣和结垢的影响在无处理的数据内更显著，分布范围更大。特别值得注意的是，采用处理的数据在高负荷（>500 MWe）处形成一个连续体，它代表锅炉在O2和燃料热值方面的正常变化。相比之下，无处理的数据与连续数据集重叠，并延伸到更大的范围。特别是B侧的温度图，它显示的变化性尤其大。 这些效应说明了采用畅通节能法?处理在传热和锅炉效率等方面实现的改进。 空气加热器A的入口平均气体温度 华氏度－F 净MW 2005年4月16日到2006年4月16日 2006年4月16日到2007年4月16日（采用处理） 空气加热器B的入口平均气体温度 华氏度－F 净MW 2005年4月16日到2006年4月16日 2006年4月16日到2007年4月16日（采用处理） 图12 空气加热器入口气体温度降低（采用畅通节能法?处理） 熔炉的百分比烧失量（%LOI） 提高熔炉的清洁度和效率的另一个好处是对%LOI的影响。燃烧器的改造及最终的调节对于% LOI的控制能力有巨大的影响，这是毫无疑问的。图13所示为两年基准线和评估期内的每周平均%LOI汇总，它表明：在完成燃烧器的调节之后，稳定性显著提高。 应该注意到，稳定、高效的熔炉运转对于稳定的燃烧是至为关键的，这一点非常重要。畅通节能法?处理技术能够减少炉渣的形成及结垢，并因此提供始终如一的气路特性，这有助于消除熔炉O2的波动。事实上，这基本上是一种能够减少熔炉O2的方法。除此之外，提高锅炉的效率还能够降低为了补偿熔炉的性能而对设备提出的燃尽要求。 百分比烧失量 基准线 畅通节能法?处理 百分比 日期 % LOI 图13 设备的稳定运转和%LOI（采用处理） 燃料灵活性 工厂的目标是：能够不受限制地使用易结渣煤，同时不会对同SO3相关的不透光性控制或设备性能产生不利影响。本节中的图表描述了在燃料热容量、含铁量、结渣因素及碱酸比等方面的大范围变化。 图14共包括三个图表，它们对比了锅炉的效率和在评估中用于燃烧的燃料的可变量。 中间图表所示为每周平均燃料热容量。煤的热容量在基准线和采用处理期间的变化量分别为9%和6%。在采用处理期间，燃料的平均热容量还降低了大约225 BTU/lb（2%）。这个变化对于畅通节能法?处理的效果没有任何显著影响。 底部图表所示为燃料的含铁量、结渣因素及碱酸比。所有与炉渣相关的因素在采用处理技术期间都表现出相当大的可变性，这与前一年燃烧使用的燃料是一致的。特别值得注意的是，燃料的含铁量在2007年春季达到非常高的尖峰值。就平均值而言，与煤的设计含铁量0.56 磅铁/106 BTU（灰的熔化温度最低降至2500°F）相比，含铁量大约为1.0磅铁/106 BTU（灰的熔化温度最低降至2000°-2100°F）。 通过采用畅通节能法?处理技术，针对这些有挑战性的燃料规格也能够成功地实现煤渣和结垢的控制。在基准线与采用畅通节能法?处理的情况下，锅炉性能的对比结果是：尽管易结渣煤的燃料特性难以处理，但是锅炉的效率仍然得到提升。 锅炉效率变化趋势 基准线 TIFI畅通节能法?处理 百分比（%） 每周平均锅炉效率与煤的Btu变化 基准线 TIFI畅通节能法?处理 结渣因素（Rs）、碱/酸比与含铁量 基准线 TIFI畅通节能法?处理 指标 日期 Rs＝干燥S% x B/A 碱/酸比 铁负荷，磅铁/MMBTU 图14 表明评估期内燃料灵活性的三个曲线图 对飞灰销售的影响 本计划对飞灰销售没有任何影响。工厂继续向水泥行业和预拌市场销售它产生的飞灰。这与飞灰的客户没有任何关系。 减小总毒性排放量（TRR） 2006年的毒性排放汇总报告表明：空气排放总量减少20%。这归功于：同2005年相比，硫酸雾的排放量减少了35%。在估算排放量减少的同时，Cross的总发电量却增加了8%。值得注意的唯一的区别是在锅炉中包含了氧化镁熔炉喷射剂。估算数据的依据是EPRI的Lark Tripp程序。这是基于仅投入使用9个月的TIFI畅通节能法?计划，因此我们预期：在经过一整年的运转之后，降低程度还将进一步加大。 结论 与目前已有的常规后端处理计划相比，选择熔炉喷射法来控制SO3/不透光性问题有许多好处。正如已在Santee Cooper得到验证的那样，前端法在加热率、锅炉效率和燃料灵活性等方面都能够实现显著的性能改进。该计划并不只是能够收回成本。 ● TIFI畅通节能法?法在如下方面是非常成功的，即：降低熔炉和后SCR内与SO3相关的不透光性，从而最终避免所有相关的不透光性问题。 ● 将空气加热器入口处的SO3减少66%。 ● 有助于减少1号设备的爆米花状灰。 ● 将MW容量增大44.5 MWe。 ● 将锅炉效率提高0.65%。 ● 在使用平均热容量减小225 BTU/lb的煤时，将加热率提高120 BTU/kW-h。 ● 允许燃料掺合含铁量几乎高达两倍的低熔融性煤。 ● 将停炉清理时间缩短50%。 ● 降低结渣速度。 ● 显著降低碎渣机的维护保养要求。 ● 大大改善灰的处理特性。 ● 在9个月的运转期内，将毒性排放总量（TTR）减少20%，同时将H2SO4减少35%。 ● 在使用易结渣煤的情况下，显著减少炉渣。 在致力于解决与不透光性控制相关的环境问题的同时，本计划还实现了非常可观的节约。TIFI畅通节能法?计划改进了设备性能，并通过增强燃料的灵活性得到额外的节约，由此成功地实现了超过4比1的投资回报率（ROI）。